(57)【要約】【課題】従来のメタル担体では、コアを形成する波板と平板もしくは小波板との接合部に生じるフィレットによって触媒の無駄が多くなっている。【解決手段】金属製薄板から成る帯状の波板１と平板２とを交互に重ね、これらを多重に巻回してコア３を形成し、波板１の頂部１ａと平板２とを接合した後、コア３に金属製の触媒を含有する液体を流し込んでコア３の表面に触媒を含有する薄膜を形成して成るメタル担体であって、波板１の頂部１ａの半径Ｒを、波板１と平板２との接合部に生じるフィレット５の円弧の半径ｒとほぼ等しくなるように設定したことを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製薄板から成る帯状の波板（１）と平板（２）もしくは波板（１）よりも波高が小さい小波板とを交互に重ね、これらを多重に巻回してコア（３）を形成し、波板（１）の頂部（１ａ）と平板（２）もしくは小波板とを接合した後、コア（３）に金属製の触媒を含有する液体を流し込んでコア（３）の表面に前記触媒を含有する薄膜を形成して成るメタル担体であって、
波板（１）の頂部（１ａ）の半径（Ｒ）を、波板（１）と平板（２）もしくは小波板との接合部に生じるフィレット（５）の円弧の半径（ｒ）とほぼ等しくなるように設定したことを特徴とするメタル担体。
【請求項２】
半径（Ｒ）は波板（１）の頂部（１ａ）の内側の半径であることを特徴とする請求項１記載のメタル担体。
【請求項３】
半径（Ｒ）は半径（ｒ）の１．０〜１．２倍であることを特徴とする請求項２記載のメタル担体。
【請求項４】
金属製薄板から成る帯状の波板（１）と平板（２）とを交互に重ね、これらを多重に巻回してコア（３）を形成し、波板（１）の頂部（１ａ）と平板（２）もしくは小波板とを接合した後、コア（３）に金属製の触媒を含有する液体を流し込んでコア（３）の表面に前記触媒を含有する薄膜を形成して成るメタル担体であって、
波板（１）の頂部（１ａ）の半径（Ｒ）を、波板（１）と平板（２）もしくは小波板との接合部に生じるフィレット（５）の円弧の平均半径に標準偏差１σ以上を加算して設定し、且つ波板（１）の波箔縦壁部（１ｂ）を平板（２）に対して略垂直となるように設定したことを特徴とするメタル担体。
【請求項５】
波板（１）の高さ（Ｈ）と波ピッチ（Ｐ）の関係を、Ｈ＞Ｐとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のメタル担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排気系に装着する触媒コンバータに用いるメタル担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、内燃機関等の排気系には、排ガスを浄化する触媒コンバータが装着されているが、この種の触媒コンバータに用いる触媒担体として、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系フェライトステンレス箔材等の金属製薄板から成るメタル担体が広く用いられている。
【０００３】
この種のメタル担体を製造するには、金属製薄板から成る波板と平板とを交互に重ね、これらを多重に巻回して断面円形状等のハニカム構造のコアを形成する。なお、平板に代えて波板よりも波高が低い小波板を使用することもある。次いで、コア外周にろう箔材を巻き回し、これらを金属製の外筒内に圧入して真空状態で加熱することにより波板の頂部と平板とを拡散接合すると共に、外筒とコアをろう付け接合する。
【０００４】
そして、コアに白金等から成る触媒の担持処理を施し、外筒の両端部にディフューザを溶着して触媒コンバータとする。なお、触媒の担持処理としては、コアに触媒を含有するウォッシュコート溶液を流し込んでコアの表面に前記触媒を含有する薄膜を形成する方法が広く用いられている。
【特許文献１】特開２０００−６１３１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３３４４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようにして製造されるメタル担体にあっては、図４に示す如く、波板１０１と平板１０２（もしくは小波板）との接合部に、ウォッシュコート溶液の表面張力によってフィレット１０３（触媒溜まり）が発生する。このフィレット１０３は、板材、空気（雰囲気）、溶液の表面張力等によって決定され、円弧を描くように形成され、厚みが大きいため、その中に含まれている触媒が本来の機能を発揮することができず、無駄となっている。
【０００６】
本発明の目的は、コアを形成する波板と平板もしくは小波板との接合部に生じるフィレットを小さくして、無駄な触媒の量を少なくすることにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、上記目的に加えて、さらに浄化性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のメタル担体は、金属製薄板から成る帯状の波板１と平板２もしくは波板１よりも波高が小さい小波板とを交互に重ね、これらを多重に巻回してコア３を形成し、波板１の頂部１ａと平板２もしくは小波板とを接合した後、コア３に金属製の触媒を含有する液体を流し込んでコア３の表面に触媒を含有する薄膜を形成して成るメタル担体であって、波板１の頂部１ａの半径Ｒを、波板１と平板２もしくは小波板との接合部に生じるフィレット５の円弧の半径ｒとほぼ等しくなるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のメタル担体は、波板１の頂部１ａの半径Ｒを、波板１と平板２もしくは小波板との接合部に生じるフィレット５の円弧の半径ｒとほぼ等しくなるように設定したことにより、波板１の頂部１ａの内側に触媒溜まりが殆ど生じず、また、フィレットの大きさも半径Ｒが半径ｒよりも大きい場合に比べて小さくなるため、無駄な触媒量を最小にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態となる実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は実施例１におけるメタル担体の製造方法の説明図、図２は実施例１のメタル担体の斜視図、図３は本実施例おける効果の説明図である。
【００１２】
本実施例のメタル担体の基本構造は従来と同様であり、図１に示すように、金属製薄板から成る帯状の波板１と平板２とを交互に重ね、これらを多重に巻回して断面円形状等のハニカム構造のコア３を形成し、コア３の外周にろう箔材を巻き回して、これらを図２に示すように、金属製の外筒４内に圧入して真空状態で加熱することにより、波板１と平板２とを拡散接合すると共に、外筒４とコア３をろう付け接合する。
【００１３】
そして、コア３に白金等の触媒を含有するウォッシュコート溶液を流し込んでコア３の表面に前記触媒を含有する薄膜を形成し、外筒４の両端部にディフューザ（図示せず）を溶着して触媒コンバータとする。
【００１４】
図３に示すように、本実施例では、波板１の厚みが３０μｍ、波高が２．０ｍｍ、波ピッチが１．６ｍｍとなっており、波板１の頂部１ａの半径Ｒを０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍとしたときのフィレット５の断面積は５５、６５、９０となっている。この面積は、図４に示す従来例（波高１．２ｍｍ、ピッチ２．５６ｍｍ、頂部半径０．５５ｍｍ）のフィレット１０３の断面積を１００としたときの比較値である。
【００１５】
フィレット５の円弧の半径ｒは０．２５ｍｍであり、波板１の頂部１ａの半径Ｒが０．２ｍｍのときには頂部１ａの内側に触媒溜まり６が生じている。
【００１６】
また、波板１の頂部１ａの半径Ｒが０．４ｍｍのときには頂部１ａの内側に触媒溜まりは生じていないが、フィレット５の面積は半径Ｒが０．２ｍｍのときよりも大きくなっている。
【００１７】
これに対し、波板１の頂部１ａの半径Ｒが０．３ｍｍのときには頂部１ａの内側に触媒溜まりが殆ど生じておらず、フィレット５の面積は半径Ｒが０．４ｍｍのときよりも小さくなっており、半径Ｒが０．２ｍｍ、０．４ｍｍのときと比べて無駄な触媒の合計量が少なくなっている。
【００１８】
なお、本実施例では半径Ｒは頂部１ａの外径であり、頂部１ａの内径は半径Ｒよりも小さく、半径Ｒが０．３ｍｍの場合は頂部１ａの内径が０．３ｍｍ−０．０３ｍｍ＝０．２７ｍｍであるので、フィレット５の円弧の半径ｒとほぼ等しくなっている。
【００１９】
このように、頂部１ａの内径を基準にすると、波板１の厚みによる影響が無くなるため、より精度良く触媒溜まりの量を低減することができる。
【００２０】
また、頂部１ａの内径は半径ｒと完全に同一でなくてもよいが、半径ｒの１．０〜１．２倍程度であることが好ましい。
【００２１】
なお、上記実施例では、波板と平板とを重ねた場合について説明したが、平板に代えて波板よりも波高が小さい小波板を波板と重ねてコアを形成した場合についても同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００２２】
図５は実施例２におけるメタル担体の部分断面図である。本実施例のメタル担体の基本構造は実施例１と同じであり、金属製薄板から成る帯状の波板１と平板２とを交互に重ね、これらを多重に巻回して断面略長四角形のハニカム構造のコア３を形成し、コア３の外周にろう箔材を巻き回して（図１参照）、これらを金属製の外筒４内に圧入して真空状態で加熱することにより、波板１と平板２とを拡散接合すると共に、外筒４とコア３とをろう付け接合する（図２参照）。
【００２３】
そして、コア３に白金等の触媒を含有するウォッシュコート溶液を流し込んでコア３の表面に前記触媒を含有する薄膜を形成し、外筒４の両端部にディフューザ（図示せず）を溶着して触媒コンバータとする。
【００２４】
図５に示すように、本実施例では、波板１の頂部１ａの半径Ｒを、フィレット５の円弧の平均半径＋１σ以上（σ：標準偏差）となるように設定するとともに、波板１の波箔縦壁部１ｂを平板２に対して略垂直（ここでは８８°としているが、好ましくは９０°）となるように設定している。図６（ａ）、（ｂ）は、実施例２の具体的な設計事例を示す説明図である。本実施例では、フィレット５の円弧の半径ｒが平均で０．２６４ｍｍ、標準偏差が０．０２４となるウォッシュコート溶液を用いた例を示している。ここでは、波板１の頂部１ａへの触媒詰まりの発生確率を１％以下にするため、頂部１ａの半径Ｒを、フィレット５の円弧の半径ｒの平均値＋２．３３σとし、０．３２ｍｍと設定している。また、図６（ａ）に示す設計事例は、波板１の密度を６００セルとしたものであり、波高１．９１ｍｍ、波ピッチは半径Ｒの２倍となる１．２８ｍｍとしている。これにより、波板高さＨと波ピッチＰの関係をＨ＞Ｐとしている。
【００２５】
上記のように構成された波板１においては、実施例１と同様に、頂部１ａの内側に触媒溜まりが殆ど生じることがない。例えば、図６のように半径Ｒを０．３２ｍｍとした場合は、９９％の確率で触媒溜まりが発生しないようにすることができる。また、フィレット５の面積も半径Ｒを０．４ｍｍとしたとき（図３参照）よりも小さくなっており、無駄な触媒の合計量が少なくなっている。
【００２６】
一方、本実施例では、波板１の波箔縦壁部１ｂを平板２に対して略直角としている。図７で波箔縦壁部１ｂを略直角とすることで得られる触媒削減効果を説明する。図７（ａ）は、これまでの波板を表し、フィレット５の円弧の半径ｒは波板の直線部分と接しており、フィレット５は接点Ｒｆａ、Ｒｆｂ、Ｒ１ａで囲まれた範囲に生成されている。対して図７（ｂ）では、波箔縦壁部１ｂが略直角であることからフィレット５の円弧の半径ｒと波板１の頂部１ａの半径Ｒとが接することになり、幾何学的に見て、図７（ａ）におけるフィレット５の面積より小さくなることがわかる。
【００２７】
以上のように、波板１の頂部１ａの半径Ｒをフィレット５の円弧の半径ｒよりやや大きく設定し、かつ波板１の波箔縦壁部１ｂが略直角となる波板形状とすることで、無駄な触媒を最小限にすることが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施例では標準偏差を２．３３とした例について示したが、本実施例の効果を得るためには、標準偏差は少なくとも１σあればよい。
【００２９】
とくに、図６（ａ）に示すように、波板高さＨと波板ピッチＰとの関係をＨ／Ｐ＝１．５とした場合には、現状の波板より熱伝達率を支配する代表長さ（相当直径）を小さくすることができ、担体が温まりやすくなりエンジン始動時の触媒活性化までの時間が短くできることから、コールド域での浄化性能を向上できる。なお、この効果は実施例１での波板形状においても、Ｈ／Ｐを大きくとることで浄化性能を向上できるが、波箔縦壁部１ｂを略直角にする本実施例がＨ／Ｐを最大にでき浄化性能が最もよい波板形状である。
【００３０】
一方、図６（ｂ）に示すように、波板高さＨ＞波ピッチＰにおいて、Ｈ：Ｐ≒１：１程度とした場合は、コールド域での浄化性能は若干低下するものの、セル密度が高くなるため、全体として浄化性能を向上させることができる。ちなみに、図６（ａ）のように波高１．９１ｍｍとした場合を６００セルとすると、図６（ｂ）のように波高１．３５ｍｍでは９００セルとすることができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施例によれば、総合的にコストが安く、且つ浄化性能の高い製品を供給することが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施例では、波板と平板とを重ねた場合について説明したが、平板に代えて波板よりも波高が小さい小波板を波板と重ねてコアを形成した場合についても同様の効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、上記実施例以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１におけるメタル担体の製造方法の説明図。
【図２】実施例１のメタル担体の斜視図。
【図３】実施例１の効果の説明図。
【図４】従来のメタル担体の部分断面図。
【図５】実施例２におけるメタル担体の部分断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は実施例２の具体的な設計事例を示す説明図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は波箔縦壁部を略直角とすることで得られる触媒削減効果の説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１    波板
１ａ  波板の頂部
１ｂ  波箔縦壁部
２    平板
３    コア
４    外筒
５    フィレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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